爆炸性環(huán)境用AG V 車輛點(diǎn)燃危險(xiǎn)辨識(shí)及防爆性能合格評(píng)定要求

潘 鋒 郭 淼 李 斌 蔣漳河

（1.中國合格評(píng)定國家認(rèn)可中心 北京 100062）

（2.廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510760）

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)智能化水平的不斷發(fā)展和本質(zhì)安全水平的不斷提升，AGV 車輛越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的物料搬運(yùn)與流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。對(duì)于存在易燃易爆危險(xiǎn)場(chǎng)所的特殊行業(yè)，則需要使用具備防爆性能的AGV 車輛，其除了能智能、高效、準(zhǔn)確地完成物料搬運(yùn)與流轉(zhuǎn)外，還需在作業(yè)過程中不能產(chǎn)生點(diǎn)燃源，消除火災(zāi)爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)[1]。防爆AGV 車輛發(fā)展初期，其導(dǎo)向系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)存在電磁波和超聲波點(diǎn)燃危險(xiǎn)一直是制約生產(chǎn)企業(yè)的難題。初期防爆AGV 車輛防爆性能檢驗(yàn)主要參考GB 19854—2005《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》，孟雪等人對(duì)防爆AGV 車輛的防爆設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為全面的分析，但未對(duì)電磁波和超聲波輻射的防爆要求進(jìn)行規(guī)定和詳細(xì)的分析[2]。GB/T 37669—2019《自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）在危險(xiǎn)生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用的安全規(guī)范》發(fā)布實(shí)施后，對(duì)電氣防爆、機(jī)械防爆、電磁波輻射和光輻射安全性能以及靜電安全性能進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)定[3]，但關(guān)于防爆AGV 車輛點(diǎn)燃危險(xiǎn)的識(shí)別、非電氣點(diǎn)燃危險(xiǎn)的評(píng)定和防爆性能認(rèn)證模式未提出詳細(xì)的指引和參考方法。歐洲防爆AGV 車輛作為成套防爆工業(yè)設(shè)備，需按照IEC 60079 系列防爆標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整體檢測(cè)和合格評(píng)定，并符合歐盟CE 認(rèn)證防爆ATEX 指令（2014/34/EU）認(rèn)證要求。目前我國防爆AGV 車輛僅是依據(jù)GB/T 37669—2019、GB/T 19854—2018《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》和GB/T 3836 系列防爆基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等同于型式試驗(yàn)的防爆合格證檢驗(yàn)，對(duì)防爆AGV 車輛制造企業(yè)的工廠質(zhì)量保證能力尚未覆蓋。因此，結(jié)合防爆AGV 車輛的結(jié)構(gòu)特征系統(tǒng)分析防爆AGV 車輛的點(diǎn)燃危險(xiǎn)源并進(jìn)行相應(yīng)的防爆設(shè)計(jì)和合格評(píng)定，對(duì)提高防爆AGV 車輛的防爆安全性能具有重要意義。

1 防爆AGV 車輛點(diǎn)燃危險(xiǎn)辨識(shí)與防爆技術(shù)

1.1 主要結(jié)構(gòu)與點(diǎn)燃源辨識(shí)

AGV 車輛按照結(jié)構(gòu)和用途分為承載型AGV、牽引型AGV 和叉車式AGV?？傮w上防爆AGV 車輛主要結(jié)構(gòu)包括行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制與導(dǎo)向系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)和車體[2，3]。依據(jù)GB/T 25285.1—2021《爆炸性環(huán)境 爆炸預(yù)防和防護(hù)第1 部分：基本原則和方法》點(diǎn)燃源類別，結(jié)合防爆AGV 車輛的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特征，其作業(yè)過程中可能存在的點(diǎn)燃危險(xiǎn)分析見表1。

表1 防爆AGV 車輛主要結(jié)構(gòu)及點(diǎn)燃源分析

1.2 點(diǎn)燃源預(yù)防與防爆技術(shù)措施

●1.2.1 點(diǎn)燃源預(yù)防基本原理

基于防爆設(shè)備EPL 保護(hù)等級(jí)與預(yù)防不同工況點(diǎn)燃源的對(duì)應(yīng)關(guān)系[5-7]，可按照不同區(qū)域防爆AGV 車輛的防爆等級(jí)對(duì)表1 中不同點(diǎn)燃源類型進(jìn)行進(jìn)一步分析和評(píng)定，并提出相應(yīng)的防爆技術(shù)措施消除點(diǎn)燃危險(xiǎn)或?qū)Ⅻc(diǎn)燃危險(xiǎn)降至最低限度，進(jìn)而滿足爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所相應(yīng)的防爆類別和級(jí)別。不同危險(xiǎn)區(qū)域防爆AGV 車輛點(diǎn)燃源預(yù)防措施基本原理和流程如圖1 所示。目前0 區(qū)/20 區(qū)AGV 車輛防爆電池組技術(shù)和行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械碰撞與摩擦非電氣防爆技術(shù)尚不成熟，應(yīng)用場(chǎng)景也比較少見。因此，防爆AGV 車輛還僅限于適用于1 區(qū)/21 區(qū)和2 區(qū)/22 區(qū)。

圖1 不同防爆級(jí)別AGV 車輛點(diǎn)燃源預(yù)防措施基本原理和流程

●1.2.2 主要防爆技術(shù)措施

根據(jù)表1 可知，防爆AGV 車輛主要點(diǎn)燃源涉及電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫、機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面、射頻電磁波、光輻射電磁波、超聲波和靜電6 類。按照?qǐng)D1 點(diǎn)燃源預(yù)防措施基本原理和要求，結(jié)合最新IEC 60079 系列和GB/T 3836 系列防爆基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及GB/T 19854—2018 和GB/T 37669—2019 防爆車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將適用于1 區(qū)/21 區(qū)和2 區(qū)/22 區(qū)防爆AGV 車輛的防爆技術(shù)分析總結(jié)如下。

1）電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫。防爆AGV車輛電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫，可按照IEC 60079 系列、GB/T 3836 系列相應(yīng)的電氣防爆類型將電機(jī)、開關(guān)、控制儀表、電池組、照明燈、報(bào)警器、傳感器和通信元件設(shè)計(jì)或選用為d 型、e 型、i/iD 型、n 型、m/mD型、t 型或符合防爆類型的防爆電氣部件。不同的防爆電氣部件設(shè)計(jì)或選用后，以所有部件對(duì)應(yīng)最低的防爆級(jí)別和溫度組別即確定電氣部件部分的防爆級(jí)別和溫度組別。對(duì)于防爆型電池組一般設(shè)計(jì)成隔爆型、增安型或粉塵防爆t 型，蓄電池的類型應(yīng)符合GB/T 3836.1—2021《爆炸性環(huán)境 第1 部分：設(shè)備 通用要求》中23.3 條和GB/T 3836.2—2021《爆炸性環(huán)境 第2 部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備》中附錄E 的要求；對(duì)于粉塵防爆t 型蓄電池應(yīng)選用密封型電池元件。

2）機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面。防爆AGV 車輛機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面主要涉及非電氣防爆技術(shù)，其主要采取以下3 種預(yù)防技術(shù)[3，7-8]。（1）預(yù)防措施1：不形成點(diǎn)燃源。傳動(dòng)齒輪、負(fù)載裝置接觸面選用不銹鋼、銅、銅合金或類似無火花材料。制動(dòng)器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成隔爆外殼型“d”或結(jié)構(gòu)安全型“c”。滾動(dòng)摩擦軸承保持潤滑和密封良好。（2）預(yù)防措施2：不形成有效的點(diǎn)燃源。例如，控制AGV 車輛行駛速度，如車輛運(yùn)行速度不大于1 m/s；機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件和其他部件之間的間隙設(shè)計(jì)成不小于運(yùn)動(dòng)部件直徑的1/100 mm，且最低不小于1 mm；設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置，在減速箱軸承、制動(dòng)器等產(chǎn)生摩擦高溫的表面設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)控制裝置，控制危險(xiǎn)高溫的形成。（3）預(yù)防措施3：將爆炸性環(huán)境與點(diǎn)燃源隔離。按照非電氣防爆技術(shù)將制動(dòng)器設(shè)計(jì)成液浸型“k”，減速箱設(shè)計(jì)成限流外殼型“fr”。

3）射頻電磁波。防爆AGV車輛非接觸式供電裝置、磁導(dǎo)、GPS 定位傳感裝置和無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生的射頻電磁波射頻閥功率或閥能量不應(yīng)超過GB/T 3836.1—2021 中6.6.2 條規(guī)定的限值。

4）光輻射電磁波。防爆AGV 車輛激光傳感部件、紅外傳感部件和LED 燈源產(chǎn)生的光輻射功率或光輻照度不應(yīng)超過GB/T 3836.22—2017《爆炸性環(huán)境 第22 部分：光輻射設(shè)備和傳輸系統(tǒng)的保護(hù)措施》中5.2 條規(guī)定的限值，或者部件滿足帶聯(lián)鎖裝置的光學(xué)系統(tǒng)（op sh）的要求。

5）超聲波。防爆AGV 車輛超聲傳感器產(chǎn)生的超聲波輸出參數(shù)不應(yīng)超過GB/T 3836.1—2021 中6.6.3 條規(guī)定的限值。

6）靜電。防爆AGV 車輛非金屬材質(zhì)車輪和車體部件在一定速度下運(yùn)行產(chǎn)生的靜電預(yù)防措施主要分為2 種[3，8]：（1）避免靜電的產(chǎn)生和積聚，非金屬材料車輪和車體結(jié)構(gòu)的表面電阻小于109Ω 且車輛所有導(dǎo)電部件等電位連接可靠；（2）不成為有效點(diǎn)燃源的措施，控制車輛運(yùn)行速度，例如車輛運(yùn)行速度不大于6 m/h 或者加裝靜電接地帶。

7）整車溫升。防爆AGV 車輛整車功能完備后，應(yīng)按照GB/T 19854—2018 溫升試驗(yàn)的要求對(duì)電機(jī)、所有電氣部件、蓄電池組、制動(dòng)器、減速機(jī)等部位進(jìn)行最高表面溫度測(cè)試，以確定整車防爆溫度組別。

2 防爆AGV 車輛合格評(píng)定模式與防爆性能檢驗(yàn)

2.1 合格評(píng)定現(xiàn)狀與分析

按照ISO《認(rèn)證的原則與實(shí)踐》，國際上通用的產(chǎn)品認(rèn)證模式分為第1 種型式試驗(yàn)、第2 種型式試驗(yàn)＋認(rèn)證后監(jiān)督（市場(chǎng)抽檢）、第3 種型式試驗(yàn)＋認(rèn)證后監(jiān)督（工廠抽檢）、第4 種型式試驗(yàn)＋認(rèn)證后監(jiān)督（市場(chǎng)和工廠抽檢）、第5 種型式試驗(yàn)＋工廠質(zhì)量體系評(píng)定＋認(rèn)證后監(jiān)督、第6 種工廠質(zhì)量體系評(píng)定＋認(rèn)證后的質(zhì)量體系復(fù)查、第7 種批量檢驗(yàn)和第8 種100%檢驗(yàn)8 種模式[9]。當(dāng)前我國防爆AGV 車輛標(biāo)準(zhǔn)主要涉及GB/T 3836 系列防爆基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 19854—2018、GB/T 37669—2019 防爆車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。防爆AGV 車輛使用的防爆電氣設(shè)備部件目前納入3C 強(qiáng)制認(rèn)證管理，屬于第5 種認(rèn)證模式。我國防爆AGV 車輛的防爆合格評(píng)定以型式試驗(yàn)并取得防爆合格證為主，屬于第4 種認(rèn)證模式。在歐洲，防爆AGV 車輛作為成套防爆設(shè)備，與防爆電氣設(shè)備、非電氣防爆設(shè)備一樣要符合歐盟CE 認(rèn)證防爆ATEX 指令（2014/34/EU）要求，并取得ATEX 防爆認(rèn)證，屬于第5 種認(rèn)證模式。該認(rèn)證模式除了型式試驗(yàn)和獲證后監(jiān)督外，還對(duì)工廠質(zhì)量體系進(jìn)行檢查評(píng)定和復(fù)查，是國際上保障產(chǎn)品質(zhì)量和安全可信度最高的一種認(rèn)證模式。

因此，我國防爆AGV 車輛的合格評(píng)定模式與國際上信任度最高的模式還存在一定差異。此外，現(xiàn)有合格評(píng)定機(jī)構(gòu)對(duì)防爆AGV 車輛防爆合格證檢驗(yàn)的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和非電氣點(diǎn)燃危險(xiǎn)評(píng)定存在一定的差異，也未對(duì)防爆AGV 車輛制造企業(yè)實(shí)施有效的證后監(jiān)督。鑒于防爆AGV 車輛的特殊危險(xiǎn)性，建議采用基于產(chǎn)品型式試驗(yàn)、工廠審查和證后監(jiān)督的模式，以此保障和提升我國防爆AGV 車輛的質(zhì)量水平與國際競(jìng)爭力。

2.2 防爆性能檢驗(yàn)與合格評(píng)定流程

依據(jù)防爆AGV 車輛點(diǎn)燃危險(xiǎn)與防爆技術(shù)要求，參照國際通用認(rèn)可度最高的產(chǎn)品合格證評(píng)定模式，建立防爆AGV 車輛防爆性能檢驗(yàn)與合格評(píng)定流程，如圖2 所示。

圖2 防爆AGV 車輛防爆性能檢驗(yàn)與合格評(píng)定流程

2.3 防爆關(guān)鍵技術(shù)檢驗(yàn)與評(píng)定

●2.3.1 電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫

電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫需要通過以下幾方面進(jìn)行檢驗(yàn)：1）防爆電氣部件有效性核查。已取證的防爆電氣部件，核查3C 認(rèn)證證書或防爆合格證與產(chǎn)品實(shí)物的真實(shí)性，且防爆級(jí)別和溫度組別不低于整車防爆級(jí)別和溫度組別。2）未取證的防爆電氣部件按照GB/T 3836 系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)防爆類型的檢測(cè)和評(píng)定。3）最高表面溫度按照所有防爆電氣部件最低的溫度組別作為電氣部件溫度組別。4）防爆電氣部件和電氣線路的安裝符合GB/T 3836.15—2017《爆炸性環(huán)境 第15 部分：電氣裝置的設(shè)計(jì)、選型和安裝》的要求。5）核查電氣系統(tǒng)過載保護(hù)裝置的有效性。

●2.3.2 機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面

防爆AGV 車輛機(jī)械摩擦火花和熱表面危險(xiǎn)的評(píng)定需綜合機(jī)械部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、技術(shù)資料和相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并按照GB/T 3836.28—2021《爆炸性環(huán)境第28 部分：爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 基本方法和要求》和GB/T 3836.34—2021《爆炸性環(huán)境 第34 部分：成套設(shè)備》的思路進(jìn)行系統(tǒng)的非電氣點(diǎn)燃危險(xiǎn)辨識(shí)與評(píng)定來確定防爆級(jí)別和溫度組別[7]，評(píng)定示例見表2。

表2 防爆AGV 車輛非電氣點(diǎn)燃危險(xiǎn)評(píng)定（示例）

●2.3.3 射頻和光輻射電磁波與超聲波

防爆AGV 車輛射頻和超聲波輻射安全性能檢驗(yàn)方法主要是核查傳感器件、通信器件的規(guī)格書射頻閥功率參數(shù)和超聲波輸出參數(shù)是否滿足相應(yīng)防爆類別和級(jí)別的限值，并在防爆AGV 車輛設(shè)計(jì)圖紙資料中規(guī)定所配置的傳感器件、通信器件的型號(hào)規(guī)格。必要時(shí)按照相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行射頻輻射和超聲波輻射參數(shù)測(cè)試予以確認(rèn)。防爆AGV 車輛光傳感部件、紅外傳感部件和LED 燈源產(chǎn)生的光輻射安全性能檢驗(yàn)方法則按照GB/T 3836.22—2017 的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試予以確認(rèn)。

●2.3.4 靜電

防爆AGV 車輛防靜電安全性能檢驗(yàn)主要包括：1）通過技術(shù)資料核查非金屬部件材料的表面電阻是否超過109Ω，必要時(shí)按照GB/T 3836.1—2021 中26.13條的測(cè)定方法進(jìn)行驗(yàn)證。2）對(duì)于非金屬部件材料的表面電阻大于109Ω 的零部件，則應(yīng)核查材料是否滿足GB/T 3836.1—2021 中7.4.2 條和7.4.3 條的其他規(guī)定。3）檢查車輛所有導(dǎo)電部件等電位連接是否可靠，要求車輛上所有大于100 cm2的金屬部件應(yīng)連接到車架上保持可靠等電位連接。4）整車接地性能檢驗(yàn)。按照GB/T 19854—2018 中5.3 條的方法對(duì)車輛接地性能進(jìn)行整體測(cè)試，車輛上所有的金屬部件對(duì)地電阻不大于106Ω 即為合格。對(duì)于AGV 車輛運(yùn)行速度不大于6 m/h 的則加裝靜電接地帶即可，對(duì)于Gb/Db 防爆保護(hù)級(jí)別的車輛則要求加裝2 條靜電接地帶。

●2.3.5 整車溫升

防爆AGV 車輛整車溫升試驗(yàn)需對(duì)電動(dòng)機(jī)、電池組、制動(dòng)器、減速箱軸承及其他任何可能產(chǎn)生過熱危險(xiǎn)的表面等部位按照GB/T 19854—2018 規(guī)定的循環(huán)路徑試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)循環(huán)路徑如圖3 所示。當(dāng)測(cè)量的溫度上升不超過2 K/h 或者在達(dá)到最高表面溫度之前車輛溫度監(jiān)控裝置已動(dòng)作時(shí)的測(cè)量溫度經(jīng)修正后作為車輛最高溫度。

圖3 防爆AGV 車輛溫升試驗(yàn)循環(huán)路徑

圖3 防爆AGV 車輛溫升試驗(yàn)循環(huán)路徑（續(xù)）

3 結(jié)論

1）防爆AGV 車輛防爆性能的設(shè)計(jì)和型式試驗(yàn)應(yīng)系統(tǒng)地從電氣點(diǎn)燃源、機(jī)械點(diǎn)燃源、靜電點(diǎn)燃源、射頻電磁波點(diǎn)燃危險(xiǎn)源、光輻射電磁波點(diǎn)燃危險(xiǎn)源和超聲波點(diǎn)燃源6 個(gè)方面進(jìn)行點(diǎn)燃危險(xiǎn)辨識(shí)、評(píng)定和防爆性能檢驗(yàn)。

2）防爆AGV 車輛電氣部件防爆技術(shù)比較成熟，非電氣防爆點(diǎn)燃危險(xiǎn)的評(píng)定還存在一定主觀性，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)合防爆AGV 車輛的結(jié)構(gòu)特征系統(tǒng)地按照GB/T 3836.28—2021 的方法進(jìn)行點(diǎn)燃危險(xiǎn)分析和評(píng)定。防爆AGV 車輛導(dǎo)向系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)，除了射頻電磁波、光輻射電磁波和超聲波發(fā)射功率參數(shù)滿足相應(yīng)防爆級(jí)別限值外，其電氣線路的安裝也應(yīng)符合防爆要求。

3）防爆AGV 車輛屬于爆炸性環(huán)境用成套工業(yè)設(shè)備，鑒于防爆AGV 車輛的特殊危險(xiǎn)性，建議按照ISO第5 種合格評(píng)定模式開展防爆AGV 車輛的型式試驗(yàn)、工廠檢查和獲證后的監(jiān)督，以更好地促進(jìn)和提升我國防爆AGV 車輛的質(zhì)量與安全性能。

4）目前防爆AGV 車輛的防爆保護(hù)級(jí)別僅達(dá)到Gb/Db 和Gc/Dc 保護(hù)級(jí)別，作為動(dòng)力系統(tǒng)用防爆電池組的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格滿足GB/T 3836.1—2021 的通用要求和相應(yīng)防爆型式的附加要求。